由于钛合金具有高比强度以及良好的耐蚀性能,被广泛应用于航空航天等领域。TC21合金为我国自主研制的一种双相钛合金,强度级别为1100MΒa的高强、高韧、损伤容限型钛合金。由于热处理参数对TC21合金的组织和性能有很大的影响,所以研究不同条件下的热处理工艺,可以为TC21合金材料的热加工及成型工艺提供科学的理论依据。本文通过在两相区对TC21合金进行三级热处理,系统地研究了热处理过程中TC21合金α相三种典型形貌和含量的调控发放,并研究了不同组织状态对力学性能的影响。实验结果表明:一级热处理调控等轴初生α相含量及形貌,二级热处理调控片层次生α相含量及形貌,三级热处理可以在二级热处理后的残余β相中析出细小弥散的α相。随着一级热处理温度的上升,初生α相的含量逐渐降低;随着二级热处理温度的上升,次生α相的含量逐渐降低,厚度逐渐增大。同时,残余β相中的细小弥散α相的含量随着二级热处理温度的升高而增大。对不同热处理后的TC21合金进行室温拉伸实验,结果表明:一级热处理后,有较低的屈服强度、抗拉强度、及较高的延伸率;二级热处理后,较一级热处理屈服强度有很大的提高,而抗拉强度变化不大,延伸率相比略微下降;三级热处理后,屈服强度和抗拉强度最大,延伸率最低。同时,改变一级和二级热处理温度,也可以对力学性能进行调控。随一级热处理温度的升高,强度和塑性的变化不大;随二级热处理温度的升高,合金强度升高的同时,塑性随之降低。通过以上规律可知,在保证合金强度的同时应该尽量避免较高的一级热处理温度以获得更多的等轴初生α相,尽量避免较高的二级热处理温度以控制片层次生α相长大。采用BP人工神经网络方法建立TC21合金热处理工艺参数与室温拉伸性能预测模型。输入参数包括一级、二级热处理温度,输出参数包括屈服强度、抗拉强度以及延伸率。通过模拟训练以及检验模型预测精度,结果达到了模型的精度要求,通过建立不同热处理工艺参数与性能之间的预测模型,能够简单有效的预测处理工艺和性能之间的关系。